在各种工业、科学和医学领域,粒子加速器Particle accelerators是基本检测工具。通常,这些机器的占地面积从医疗应用的几平方米开始,达到大型研究中心的规模。在激光的帮助下,光子纳米结构内部的电子加速代表了一种微观替代方案,其成本和尺寸有望降低几个数量级。尽管在电介质激光加速的研究中,付出了巨大的努力,包括用光学力optical forces进行复杂的电子相空间调控,但到目前为止还没有显示出值得注意的能量增益。
今日, 德国 埃尔朗根-纽伦堡大学(Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU))Tomáš Chlouba, Roy Shiloh, Stefanie Kraus, Leon Brückner,Peter Hommelhoff等,在Nature上发文,报道了可扩展的纳米光子电子加速器nanophotonic electron accelerator ,相干地结合了粒子加速和横向束约束,并在仅有225nm宽通道内,在500μm相当大距离上,加速并引导了电子。实验观察到了12.3keV最大相干能量增益,相当于从最初28.4keV到40.7keV的43%能量增加。据预计,这项工作将直接激发纳米光子加速器的出现,该加速器,利用最小尺寸要求的高损伤阈值介电材料,提供高达每米十亿电子伏特GeV m-1范围的高加速梯度。在医学、工业、材料研究和科学领域,这些片上粒子加速器有望实现变革性应用。Coherent nanophotonic electron accelerator. 图1:在纳米光子结构中,同时加速和束流约束的原理。
图2:相干电子加速的电子能谱。
图3:纳米光子加速器结构。
Chlouba, T., Shiloh, R., Kraus, S. et al. Coherent nanophotonic electron accelerator. Nature 622, 476–480 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06602-7https://www.nature.com/articles/s41586-023-06602-7声明:仅代表译者个人观点,小编水平有限,如有不当之处,请在下方留言指正!中国科学院高能物理研究所 高能同步辐射光源HEPS鸟瞰效果图(“希望之光”)